凯发国际首页 貨車輪對輻板表面清理技術較優方案研究

１引言

隨著鐵路高速、重載的不斷發展，在提高運輸能力和運輸效率的同時，對運 輸安全也提出了更高的要求。但是近２年來，車輛運行過程中車輪輻板、輪輞崩 裂故障屢有發生。尤其是輻板裂紋，給鐵路運輸安全造成了嚴重的威脅。 目前，在鐵路貨物運輸車輛中使用的車輪，有８５％左右的車輪是ＨＤ型整體輾鋼 車輪；在這些車輪中，１９９５年６月以前生產的車輪全部都有輻板孔，１９９５年６月以 后生產的車輪仍有部分有輻板孔。車輪在制造過程中，有的輻板孔圓周上常存在裂 紋，在使用過程中，由于車輪受到來自車體、鋼軌和制動等各種載荷，特別是在制動 過程中，產生的熱拉應力與機械應力疊加，導致車輪輻板孔裂紋的萌生和擴展。 據不完全統計，輪對輻板裂紋（含輻板孔裂紋）數占輪對總數的３０％左右。輪 徑越小的輪對輻板及輻板孔裂紋越多，并且裂紋越深越長。輾鋼輪輻板裂紋（含輻 板孔裂紋）占輾鋼輪對的３３．２１％，占輾鋼輪輻板故障的８５％以上。大部分裂紋為輻 板孔兩端沿圓周方向的裂紋，少數為輻板孔上下徑向裂紋，輻板孔裂紋占輻板裂紋 輪對數量的９０％以上；鑄鋼輪輻板裂紋占鑄鋼輪對的０．２％左右，其裂紋位置在輻板 與輪輞的過渡處，呈圓周方向。從輪徑限度上看，輾鋼輪徑接近或達到下限的輪對 占輾鋼輪對的５％左右，其中８０％以上為輻板孔裂紋，而且裂紋較深較長；鑄鋼輪徑 接近或達到下限的輪對占鑄鋼輪對的４％左右（從現在車輪的實際調查情況來看， 鑄鋼輪對接近或達到下限的很少），接近或達到下限的輪對輻板裂紋占接近或達到 下限鑄鋼輪對總數的５．２８％，其裂紋位置在輻板與輪輞過渡處。從以上統計看出， 貨車輪對輻板故障主要集中在輾鋼輪輻板裂紋（含輻板孔裂紋），達到輪對輻板故 障總數的７２％。 雖然車輛部門對廠修、段修中的車輪裂紋處理做出明確規定。鐵道部鐵輛 〔１９９２〕３０號文件《關于重新公布＜鐵路貨車段修規程＞的通知》中規定： 輪轂、輪 輞、輻板裂紋須送車輪廠修理。段修規程中規定：段修無權處理輻板裂紋，必須 送車輪廠修理。鐵道部鐵輛〔１９９３〕４號文件《關于＜鐵路貨車廠修規程＞的通知》中 規定：輾鋼車輪輻板、 輪轂、輪輞裂紋無法消除或在原有鏟槽處及兩端再發生裂 紋時必須更換車輪。鐵道部鐵輛〔１９９８〕２號文件《關于發布＜鐵路貨車輪對和滾動 軸承組裝及檢修規程＞的通知》中規定：廠修、段修時，車輪輻板、 輪轂、輪輞 裂紋無法消除或在原有鏟槽處及兩端再發生裂紋者必須更換車輪。但只有少數的 車輛段擁有輪輞探傷機，大多數車輛檢修部門基本上依靠錘擊辨音、目測外觀對 車輪輻板、輪輞進行檢測。因此，對車輪輻板故障的發現率較低，對于隱蔽性裂 紋幾乎無法發現。 早期發現車輪的裂紋和消除裂紋才是避免鐵路車輛行車事故的有效的方法。 針對以上情況，鐵道部在《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》中要求：“輪對廠 修、段修時須清除各部位表面的油漆及銹垢……”，“對帶輻板孔車輪的內側輻板 孔部位施行復合磁化熒光磁粉探傷……’’。各車輛廠、段雖然購進了輪輞探傷機， 但是由于輪對成型鍛造氧化皮、運用過程中生成的鐵銹及油漆覆蓋輪片母體，通 過現有輪對清洗表面清理技術難以清除，工作人員難以進行有效的檢測。同時輪 對成型鍛造輻板孔處氧化皮開裂等形成諸多假裂紋，極易使工作人員誤判。 近年來對車輪輻板的表面清理技術不斷調整改進，還是達不到理想效果。對 輪對輻板（特別是對輻板孔）的裂紋檢查一直是貨車檢修的弱項，也是亟待解決 的一個課題。采用何種方法能在探傷前快速有效的清除銹垢、油漬，露出輪對輻 板的金屬本色，成為本文研究的重點。 本論文研究的重點就在于檢修貨車輪對輻板時如何能夠快速、有效、經濟的 清除銹垢、油漬，露出輪對輻板的金屬本色，從而準確的發現裂紋。 研究主要內容如下： 首先詳細分析了貨車輪對輻板的清理現狀和工藝要求；介紹了常用的表面處 理技術，通過對它們特點進行分析，提出滿足輪對輻板檢修的設備和工藝。 其次通過從清理效果、清理效率、能源消耗、環境影響和經濟性五個方面， 對鋼刷清洗、噴丸、拋丸等多種技術方案進行了比較，較終優選出拋丸處理為較 佳方案。這里一方面是理論計算，另一方面是通過對以前的實踐進行總結。 較后，根據拋丸設備國家標準，對輪對輻板拋丸除銹機進行了試驗，從拋丸 處理工藝參數的選擇上做了進一步的優化，使輪對輻板拋丸清理機處于較優狀態。 并通過試用進一步檢驗拋丸設備清理輪對輻板的可行性。本文由青島 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理

 ２貨車輪對輻板的清理現狀和工藝要求

２．１貨車輪對輻板清理現狀

 ２．１．１ 手工處理

 多年來對貨車輪對輻板的表面清理技術主要以手工和半自動小型機械工具為 手工對貨車輪對輻板進行除銹通常需要先行除去表面各種可見污物，用溶劑或清洗劑除油；然后用鎢鋼鏟刀鏟去大面積銹蝕，用刮刀和鋼絲刷除去邊角部位銹 蝕，用挫除去毛刺；較后用砂布和鋼絲刷進行清理。 手工除銹方法簡便，但勞動強度大，除銹效率和質量低下，操作環境惡劣，一般只能除去疏松的鐵銹和失效舊涂層，也不能除去所有的氧化皮。所以對于貨 車輪對輻板，僅用于機械除銹達不到的局部部位除銹。
 ２．１．２ 小型機械工具處理

 小型機械工具主要指用電或高壓空氣（０．４～Ｏ．６ＭＰａ）為動力的小型電動或 風動除銹工具。 小型機械工具除銹效率較手工除銹大大提高，是手工除銹效率的４”－－－６倍， 但比噴、拋丸（砂）除銹效率低得多。這種小型機械工具，適用于清除不同的銹 跡、舊涂層等，可用于各種場合。但該方法屬于人工操作的半機械化作業，設備 噪聲大，對人員和環境污染大，經過處理的表面粗糙度不均勻。 對于輪對輻板處理，常見的小型工具有：角向磨光機和鋼絲刷。 角向磨光機工作原理是依靠動力馬達高速旋轉或往復運動帶動打磨砂輪、砂 紙、紙砂盤磨削或打擊需要涂裝的表面，達到清除鐵銹及其他雜物的目的。除銹 速度為４－－８ｍ２／ｈ。這種小型工具只適合人工操作進行除銹作業。 圓盤形鋼絲刷是將鋼絲以同心輻射形排列，兩側用金屬夾板緊固，固定在風 動或電動機的軸上。主要用于小面積和坑洼表面除銹，除銹質量不如角向磨光機， 但可除去凹陷處的銹蝕和污物。 使用這兩種工具除銹時，由于工具高速運動，磨屑飛濺和鋼絲脫落，存在損 傷操作者和周圍物品的危險，所以操作時還需要采取必要的防護措施。

 ２．１．３ 鋼絲刷水沖洗除銹機

 隨著鐵路工藝裝備技術的不斷發展，逐漸形成了以鋼絲刷水沖洗為代表的自 動化清理技術，設備主要結構如圖２．１所示。

圖２-1鋼絲刷清理貨車輪對輻極示意圖

這種清理設備以液壓或電氣為動力，帶動鋼絲刷做上下和左右往復運動對軸 身全部及輻板內外側面進行除銹、清洗。在控制上采用ＰＬＣ可編程控制器，實現 除銹、清洗過程自動進行。除銹速度可以達到６分鐘／輪，在一定程度上提高了效 率，減少了操作人員的勞動強度。 在這種設備廣泛使用的同時，其缺點也逐步暴露出來。我廠雖然對其進行了 幾次設備改造，但仍達不到理想的效果。問題主要突出在以下幾個方面：

 ２．１．３．１除銹不完全
 由于鋼絲刷與動力源為剛性連接，使得其運動軌跡只能為上下和左右往復運 動。這種規則運動不能適應輻板的曲面形狀，決定了在清理過程中總是有恒定的 死角，從圖２－１可以看出死角面積范圍較大，主要包括輻板孔及其周邊范圍。用 這種方式處理的輪對，雖然在一定程度上提高了輻板的清潔度，但不能露出金屬 本色，影響了探傷質量，不能滿足徹底探傷貨車輪對輻板的需要。

 ２．１．３．２耗材成本高

鋼絲刷作為除銹的直接工具，其使用性能直接影響著除銹效果。在使用中隨 著刷子上鋼絲的減少，除銹效果和效率也會下降。雖然鋼絲刷的使用壽命和刷面 的運動速度以及水流的大小和分布狀態有關，但主要因素還是其自身的性能。其 中決定刷子性能的因素有： 絲材的排布編制的疏密。經實際應用，質量好的鋼絲輪使用時間內一直保持良好的狀念，但價格較貴。 有些產品價格只有進口產品的１／３０，但使用３ｍｉｎ后就開始掉絲，并且脫落的數量 較大，使用這樣的鋼絲輪每天均需更換新的。
 ２．１．３．３與流水作業節拍不統一

 隨著鐵路跨越式發展的逐步深入，新技術裝備的不斷引進，實現貨車修理流 水作業勢在必行。經調查各車輛廠和車輛段的工藝布局，該設備通常安放在轉向 架清洗機和烘干機之后的線路上。清沈機清洗單臺轉向架需６ｍｉｎ，而鋼絲刷水沖 洗除銹機處理２條輪對需要１２ｍｉｎ，已不能滿足生產的需要。 以我廠為例，每天檢修車輛為２０輛，需處理輪對４０條。就該工序一項來看， 在設備完好無故障的狀態下，處理完所有輪對需要整整８小時。鋼絲刷為易損件， 需要經常更換，如果再加上設備檢修保養時間，勢必導致整條檢修線癱瘓。

２．１．３．４廢水成分復雜不易處理

 由于輪對輻板上不僅有銹層，還存在油污、舊涂層等雜物，所以經過處理后， 脫落物在水中處于懸浮、膠體和溶解３種形態。懸浮物易處理，而膠體和溶解物 則較難處理。 懸浮物只需通過沉淀、過濾等與水分離，而膠體和溶解物則必須利用特殊的 物質使之凝聚或通過化學反應使其粒徑增大到懸浮物的程度，或利用微生物或特 殊的膜等將其分解或分離。 特別對于這種含油廢水，需要一先做靜置上浮試驗分離浮油，再進行分離乳 化油的試驗，過程復雜，成本較高。 從貨車輪對輻板的處理現狀來看，這些方式已不能適應高速發展的鐵路技術 需要，尋求新的輪對輻板除銹方式，十分必要。

 ２．２貨車輪對輻板清理的工藝要求

 根據多年檢修經驗和裂紋的分布統計，我們把貨車輪對輻板部位的清理作為 研究的重點，輻板清理部位的范圍如圖２—２的粗線部位所示：

圖２．２貨車輪對輻板重點清理部位

 在明確了貨車輪對輻板清理機使用目的的情況下，為了使其較大限度的發揮 作用，有必要首先介紹一下輪對檢修線的主要工藝流程及崗位設置情況。由于鐵 道部車輛局于１９９６年提出了改造和完善輪對、轉向架、軸承、三通閥、鉤緩、制 動梁、軸瓦及白合金澆鑄等七條檢修標準線的要求，所以輪對檢修的主要工藝流 程和工裝設備在全路各車輛廠、段基本一致，如圖２－３所示。 在工藝路線明確的前提下，按工藝流程順序布置工裝設備，才能保證執行工 藝的準確性。同時工作物、工作者、工裝設備緊密結合，才能便于作業，保證行 為的科學性。我廠的輪對檢修線經過多年的使用和不斷改進完善，極大的將三者 結合起來，非常有利于操作者操作。以我廠為例，輪對檢修工藝平面布置圖如圖 ２—４所示。

 檢測有故障者承外觀檢 檢測修理與選配檢測無故障者 除銹 軸承壓裝 輪對探傷

圖２．３輪對檢修主要工藝流程及崗位設置圖

圖２－４輪對檢修工藝平面布置圖

貨車輪對輻板清理機處在圖２４所示的整條流水作業線中，為了滿足流水作業 的要求，我們應從流水作業的性質入手，確定工藝要求。而流水作業的性質也就 決定了每個工位在設計中需要考慮的問題。

２．２．１ 節拍要求

 在流水作業中，工作物通過一工序的較長時間（即節拍）決定著流水線的生 產能力。節拍過長會造成資源浪費，過短則易造成簡化作業。如果不調整好各工 位的節拍，工位不平衡的問題會暴露的很清楚。節拍的計算公式如式（２．１）：

t=t/n.k

t 節拍 ｎ－工作物數量；Ｔ一每日工作時間； ｋ－Ｙ．位的利用率系數

 從圖２—４中可以看出，輪對從收入檢查開始到超聲波探傷結束，這段流程中工裝設備比較密集，工作量大，是輪對檢修線的關鍵，因此決定著輪對檢修線的通 過能力。 如果日檢修２０臺車，需處理的輪對為８０條，每日工作８小時，檢修臺位利 用率按１．５，根據式（２．１）可計算出節拍長度

 ｔ＝８*６０／（８０*１．５）＝４ｍｉｎ

 即，輪對通過每個工位的較長時間為４ｍｉｎ。即，貨車輪對輻板清理機對每條 輪對的清理時間應等于或小于４ｍｉｎ。

２．２．２ 除銹等級要求

 貨車輪對輻板的表面除銹等級是保證輻板探傷質量的前提。通常表面處理質 量越高，越能保證探傷的質量，但過高的要求也會造成極大的浪費。在ＧＢ８９２３—８８ 《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中對噴射或拋射除銹、手工和動力工具 除銹的表面清潔度規定了相應的除銹等級，分別以字母Ｓａ、Ｓｔ表示，字母后的阿 拉伯數字則表示清除氧化皮、鐵銹等附著物的程度等級。下面首先介紹標準中規 定的除銹等級，以便于我們選擇有利于輪對輻板探傷的除銹等級。 Ｓａｌ級輕度的噴射或拋射除銹。鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附 著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。 Ｓａ２級徹底的噴射或拋射除銹。鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且氧化皮、 鐵銹和涂層等附著物已基本清除，其殘留物應是牢固附著的。 Ｓａ２．５級非常徹底的噴射或拋射除銹。鋼材表面應無可見的油脂、污垢、氧化 皮、鐵銹和涂層等附著物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋狀的輕微色斑。 Ｓａ３級使鋼材表觀潔凈的噴射或拋射除銹。鋼材表面應無可見的油脂、污垢、 氧化皮、鐵銹和涂層等附著物，其表面應顯示均勻的金屬光澤。 Ｓｔ２－徹底的手工和動力工具除銹。鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒 有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。 Ｓｔ３－非常徹底的手工和動力工具除銹。鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并 且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。除銹應比Ｓｔ２更徹底，底材顯 露部分的表面應具有金屬光澤。 從以上定義可以看出，如果要消除輪對輻板上的氧化皮、鐵銹等雜物，除銹 等級至少要達到Ｓａ２。參考鉤舌、鉤尾框、鉤舌吊、鉤尾吊的除銹等級：外表面清 潔度應達到ＧＢ８９２３的Ｓａ２級，局部不低于Ｓａｌ級。將貨車輪對輻板的除銹等級定 為Ｓａ２，完全能滿足探傷的表面質量要求。

 ２．２．３ 工位型式要求

 利用輪對沿軌道滾動的特性，在各工序作業中進行轉移傳遞，是一種非常經 濟的方式。輪對在各工序中均未脫離軌道，如果在除銹工序使用起重設備，易造 成人、財、物、時的浪費。所以輪對除銹機應盡可能選用通過式。即，退卸軸承 或檢查軸承外觀后，輪對沿軌道進入輪對除銹機，除銹處理結束后，輪對再沿軌 道進入探傷工序。 由于此流水線上布局工位較多， 應合理布局每個工位占用的空間，此外應合 理設置工位形式，避免工位間互相干擾。經測算除銹工位的長度不應超過５ｍ，應 將此工位設置成只能容納一條輪對處理的小型密閉空間。

 ２．３本章小結

本章介紹了現在各車輛廠、段應用的輪對除銹方式，分析了這三種除銹方式 的優缺點。 并針對輪對檢修流水線整體工藝要求，對貨車輪對輻板清理機提出以下要求， 為下面選擇適合于流水線上的輪對除銹方式作出準備。 １）清理效率應等于或大于４ｍｉｎ； ２）輪對除銹機的長度不宜超過５ｍ； ３）應盡可能選用通過式的作業方式。

３適用于輪對輻板的表面處理技術

 暴露于大氣、水中和地下裝置中的無防護金屬工件，由于存在氧和水及其他 腐蝕介質， 會引起金屬的腐蝕，金屬腐蝕的產物包括銹和氧化皮。在工業發達的 國家，每年因腐蝕所造成的直接經濟損失約占國民生產總值的１％’－－－４％。據統計， 全世界因鋼鐵生銹而造成的鋼鐵損失約占其年產量的１０％－－－２０。因此，金屬除銹工 作是一項世界性的研究工作。把清除工件表面銹蝕和氧化皮的工序稱之為除銹。 除手工、小型機械、鋼絲刷水沖洗除銹方式外，常用的除銹方法有噴（拋）丸（砂）、 濕噴砂、酸洗、以及電化學和火焰等除銹方法。其特性比較見表３—１。

表３－１各種除銹方式特性比較

輪對輻板除銹的目的是去除鋼鐵表面的所有氧化皮、銹蝕物、舊涂層和污物， 為進一步探傷輻板提供良好的基礎，同時能夠優化表面工藝狀態，增加表面對塑 性變形和斷裂的抵抗能力，提高抗疲勞性能，消除應力集中，延長輪對使用壽命， 降低修車成本。針對以上除銹目的，并根據第二章提出的要求，選擇噴丸、拋丸、 濕噴砂三種表面處理方法作為研究對象。這三種除銹的方法有共同的優勢，由于原 理不同又有各自的設備特點，下面將說明為何選擇這三種除銹方法作為研究對象， 并逐一介紹這三種除銹技術。 在介紹之前，我們應先明確一些概念，理解這些概念將為我們下一步分分析 帶來方便。 丸：一般是球形一類沒有棱角的顆粒。如鑄鋼丸、鋼絲切丸等。 砂：是指有棱角的砂粒，如棕剛玉、白剛玉、河砂等。 噴：是以壓縮空氣作為動力將砂料或丸料噴到材料表面，達到清理材料表面 和在材料表面形成一定的粗糙度的目的。 拋：是將丸料以高速旋轉時產生的離心力的方法，沖擊材料表面，達到清理 材料表面和在材料表面形成一定的粗糙度的目的。

 ３．１選擇依據
 ３．１．１ 可適用于流水作業方式

 高效率、低故障、工序間互不干涉是流水作業的必備條件。噴丸、拋丸、濕 噴砂三種表面處理方法正可以滿足這樣的要求。 依據實際使用經驗，噴丸的除銹效率可達到１５ｍ２／ｈ，濕噴砂可達１５ｍ２／ｈ以上， 拋丸可達８０ｍ２／ｈ。用４臺拋丸器或４個噴頭對直徑８００的輪對進行處理，假如 所有的丸砂都撞擊輪對輻板表面，則噴丸處理需要２ｍｉｎ，濕噴砂處理較多需要 ２ｍｉｎ．拋丸處理只需要０．３７ｍｉｎ。三者都遠遠高于鋼絲刷水沖洗的效率，也滿足對 輪對輻板除銹機的工藝要求，即處理一條輪對不超過４ｍｉｎ。 發展到今，噴拋丸技術已經有一個多世紀的歷史，技術成熟，故障率極低， 而且操作簡單。可靠的性能為流水作業提供了保障，避免應個別工序問題導致整 條流水線的癱瘓。 從輪對檢修線工藝布局圖可以看出，在這條檢修線上設備密集，操作人員眾 多，較小的空間內宜選用體積較小的設備。無論是噴丸還是拋丸，均可在只容納一條輪對的密閉清理室進行，再配以通風除塵系統，可完全避免對周圍環境的污 染。隨著自動化技術的發展，對于噴丸來講，也無需手持噴槍進行處理，完全可 以在小型噴丸室內實現噴槍的自動擺動，為全自動操作建立了基礎。

 ３．１．２ 可消除銹蝕死角

 無論砂還是丸我們統稱其為磨料，它們都是具有一定質量的合金粒子，當它們 以一定的速度撞擊輪對輻板時，在碰撞過程中所產生的力為式（３．１）：

 Ｆ＝（ｍｖ1—ｍｖＯ）／（ｔ1—ｔＯ）

 式中：ｍ．磨料質量； 、Vｏ．磨料的初速度； ｖ１．磨料接觸輪對輻面時的速度； ｔｏ．作用的起始時間； ｔ１．作用的結束時間

 即單位時間磨料動量的變化。這個力作用在輪對輻板金屬表面的氧化層、鐵 銹、油漆上，使其與輪對輻板金屬表面分離，顯出金屬表面本身。由于磨料在與輪對 輻板的碰撞中，輪對的質量遠遠大于磨料的質量，所以，磨料與輪對輻板作用后，以接 觸后的速度彈出，又作用于輪對輻板的另一部分。這樣，一個磨料質點作用于輪對輻 板的次數遠大于１。

 磨料作用于輪對輻板是一個點，這個點對于輪對輻板來說是微不足道，但是，從 概率的角度和噴拋丸速度來分析，每０．０１秒拋射出的磨料數與輪對輻板接觸面積占 輻板面積的１／５０”－１／１００的話，則每分鐘在拋射角度內磨料與輪對輻板的接觸面積 必然全部覆蓋輻板。當輪對以１ｒ／ｍｉｎ的轉速旋轉，其表面覆蓋率可達１００％。磨 料與輪對輻板的接觸是點的集合，既點面關系，由磨料拋射的無規則性和拋射數量 的不可數性，使接觸點的面積趨于輪對輻板表面積，點的碰撞趨于面的碰撞，隨鋼丸 拋出時問的延長，碰撞面積可全部覆蓋。 貨車輪對輻板曲面形狀復雜，那么遮擋面如何解決？在前面講到，由于磨料與輪 對輻板的各個部分都接觸（盡管反彈后的力有所減弱，但仍然能在碰撞中起到作用）。 為補償磨料反彈力的減弱和反彈質點接觸面的減少，在作用時間上進行調整，即增 加輪對的旋轉次數，較終使得輪對輻板表面的氧化物（鐵銹）、污垢及油漆經碰撞而 與金屬表面分離，達到輪對輻板表面清理的目的。

 ３．１．３ 可強化輪對輻板表面性能

 疲勞試驗結果表明，平均壓應力能改善零件的抗疲勞能力，抑制或減緩疲勞 裂紋的形成和擴展；平均拉應力則具有相反的效果。凡是能在表層引入殘余壓應 力的，都能起到提高疲勞強度的作用。 噴、拋正是這樣一種使材料表層產生壓應力，提高零件疲勞強度的工藝。如 圖３一ｌ所示，噴拋丸時鋼丸以高速撞擊零件表面，當拋射到工件表面的速度達到 ｌＯＯｍ／ｓ時，可引起均勻的壓痕，金屬產生永久變形。此時零件表層獲得的壓力和 張力的區域分布如圖３．２所示。

 圖３．１ 丸料摩擦撞擊零件表面

 圖３－２零件上層壓應力和拉應力分布圖

 兩種力量平衡使金屬內部產生壓縮力。在零件上層，這種壓力是從切線方向 和垂直方向作用于零件表面；而在零件下層，這種張力導致永久性的變形，比壓 力導致的變形小。在不斷強化時，表面張力被減弱，即產生了殘余壓應力，降低 了零件受載荷時的較大拉應力，提高了零件的壽命。從圖３—３可以看出，在外加應 力相同的情況下，經過噴拋丸處理的零件，疲勞壽命有了顯著的提高。 應力交變次數

圖３－３噴拋丸對疲勞性能的影響

 經過以上分析可以看出，噴丸、拋丸、濕噴砂三種表面處理方法基本滿足了 貨車輪對輻板除銹機的工藝要求。下面分別介紹這三種技術各自的特點，以便進行比較。

 ３．２噴砂（丸）處理

 ３．２．１ 噴砂（丸）的工作原理

 噴砂和噴丸的原理基本相同，它們用適當壓力的壓縮空氣，使砂粒或鋼丸以 每秒幾十米的高速，沖擊鋼鐵表面的氧化皮和鐵銹層，從而使鋼鐵表面的氧化皮 和鐵銹層被快速清除。 當壓縮空氣的工作壓力達到０．４”－’０．５ＭＰａ，噴射器噴出的砂粒或鋼丸的較高速 度可達５０－－，７０ｍ／ｓ。當連續不斷的砂粒或鋼丸以這樣高的速度噴射在鋼鐵表面上 時，其沖擊力和摩擦力是非常大的，依靠沖擊、磨削等作用除銹。

 ３．２．２ 設備要求及輪對輻板噴丸機的主要設備配置

 噴砂（丸）除銹系統由壓縮空氣及配氣罐、噴砂（丸）罐、噴槍、鐵丸回收 裝置、通風除塵等設備組成。如圖３．４所示，顯示了噴丸系統的設備裝置。

圖３．４ 噴砂（丸）除銹系統示意圖
１．壓縮機；２．油水分離器；３．空氣過濾器；４．噴丸機；５．噴丸室； ６．除塵設備；７．集丸坑；８．丸粒回收裝置；９．風機

在這些設備中，壓縮機、油水分離器、空氣過濾器、噴丸機、噴丸室、除塵 設備、丸粒回收裝置、風機基本只需投入一次費用，維修或更換的費用也可忽略 不計。而噴砂（丸）槍屬于易損件，需要經常更換，下面重點介紹噴砂（丸）槍 的使用壽命情況。 噴砂（丸）槍由槍體、噴嘴、砂管等組成，其中噴嘴的使用壽命較短。噴嘴 １６ 的使用壽命，就是指噴嘴使用一定時間后，噴嘴口徑呈喇叭形擴大或一側出現磨 損減薄的溝槽，造成射流擴散，降低磨削能力和噴射效率降低。噴嘴的使用壽命 取決于噴嘴的材料，還與所噴射的磨料有關。表３．２列出了不同材質噴嘴的使用壽

表３．２不同材質噴嘴的使用壽命

 根據噴丸原理及噴丸裝置的設備要求，設計的輪對輻板噴丸機結構簡圖如圖 ３．５所示。 輪對通過進輪機構推進噴砂房，砂房內定位機構對輪對進行定位，輪對旋轉 系統驅動輪對旋轉，關閉噴丸室門，噴丸系統自動對輪輻及車軸進行噴丸處理。噴 射出的磨料在高壓離心風機的作用下經磨料回收管道到達儲料箱頂部的塵丸分離 器，經分離，有用的磨料進入儲料儲存備用，無用的粉塵經過除塵后經排塵口排 出。同時，噴丸時產生的粉塵在離心機（與磨料回收系統共用一個風機）的作用 下經過除塵后經排塵口排出，干凈的空氣排入大氣。 經計算得出主要設備參數見表３．３，一般車輛檢修部門輸出的壓縮空氣在５～ ６Ｍｐａ之間。由于使用壓縮空氣的車間較多，且壓縮機距離車間較遠，車間輸出的 空氣壓力只能達到３”－４Ｍｐａ。要想達到工藝要求的除銹質量標準，在噴丸和濕噴 砂處理設備中必須增加空壓機一項。空氣壓力０．７Ｍｐａ，功率１５０ｋｗ左右的螺桿壓 縮機價格均在２０萬元以上，由此大大的增加了噴丸和濕噴砂輪對除銹機的成本。

圖３－５貨車輪對輻板拋丸除銹機結構示意圖
 1*除塵器； ２*除塵風管； ３*旋風分離器； ４*加料閥；５*回砂管道； ６*噴砂機； ７*除塵管道；８*噴砂嘴及其擺動裝置； ９*清理室； １０*輪對轉動器；１１*排風口； １２－消音器； １３－隔音室； １４*除塵風機

 表３．３ 輪對輻板噴丸除銹機主要設備參數

經過計算，噴丸除銹機的造價在３７萬元左右，總功率為１４７．４ｋｗ。

３．３拋砂（丸）處理

 拋射磨料處理除銹，也稱為拋丸除銹， 磨料（砂、丸、鋼絲段等）拋向鋼鐵表面，

 ３．３．１ 拋丸除銹的工作原理

 是利用拋丸設備高速旋轉的葉輪來將 產生打擊和磨削作用來達到除銹目的。 常用的拋丸機是由葉輪、罩套、定向套、分丸輪、軸承座和電機等組成。圖 ３－６表示常用拋丸葉輪的作用原理。 拋丸機工作時，葉輪由電動機帶動做高速旋轉（２２００”－’－’２６００ｒ／ｍｉｎ），產生強大 的離心力。鐵丸在離心力和自重的作用下，經漏斗被吸入分丸輪，同葉輪一起高速旋轉的分丸輪產生離心力，從定向套的出口處飛出。定向套是用螺栓和壓板固 定在機殼上的，它的內徑與分丸輪的外徑有一定的間隙。從定向套出口向外飛出 的鐵丸，被葉輪再次加速，沿葉片長度方向加速運動直至６０－－一８０ｍ／ｓ的速度拋出。 拋出的鐵丸成扇形流速，打擊在工件表面以除去氧化皮和銹蝕。

圖３－６ 拋丸機工作原理

 ａ．鐵丸射流扇形角度；β 定向套出口與鐵丸離開葉輪的夾角 b 清理寬度 L 拋頭與工件的距離